联坡桥桩基施工溶洞处理方案.docx
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联坡桥桩基施工溶洞处理方案
联坡双线特大桥钻孔桩施工溶洞处理方案
一、工程概况
中铁大桥局南钦铁路NQ-1标联坡双线特大桥里程为D2K14+11.909至D2K16+31.561,全长2019.652m,位于良庆镇渌晓村旁。
该桥设计为63个墩台(0#~62#台),共有桩基础500根,设计桩径均为1.25m,平均桩长约为30m,全部为柱桩。
桥址位置地形起伏不大,地表大部分为旱地,少量荒坡,丘间槽地多为鱼塘、水田。
桥梁沿线主要特殊岩土为人工弃土、松软土、粘土、灰岩等,地下水位较低,岩溶发育。
根据目前掌握的地质勘探资料显示,联坡双线特大桥沿线在桩中心处的溶洞最小为0.2m、最大为17m,且有单层、多层,空溶洞、半填充、泥浆填充、密实粘土填充的多种复杂情况。
桩基础施工的溶洞处理是本桥施工的重点、难点。
二、施工准备
施工前除正常施工准备外,尚需做好以下事项:
1、对承台各桩地质资料进行综合分析,对该承台下溶洞分布的位置、高度、填充物、开放型或封闭情况、连通性等必须提前掌握。
2、根据对地质资料的分析结果选择施工方法,详见本文施工方法的划分。
3、施工前应进行详细的技术交底,使具体操作人员、技术人员、作业队长等都知道溶洞的位置、大小、充填情况以及应采取的施工方法和措施。
4、编制突发事件的应急预案,报监理审批。
5、岩溶地区钻孔桩突发事故、事件较多,如:
突然漏水、塌孔、埋钻、卡钻等。
其应急措施要落在实处,管理手段也应更严谨,以减少或制止事态扩大化,避免发生安全事故。
6、备足成孔用水、粘土、片石等材料,确保溶洞击穿时迅速补水、补浆预防坍孔,并及时抛填粘土片石,以恢复正常钻孔作业。
7、准备好处理施工故障的备用机具设备,如运输、起重、打捞、急救设备以及不同性能的其他钻机、钻具等。
三、溶洞的判别和处理方法
1、根据有关地质钻探资料的说明进行溶洞的判别(具体以设计院提供的说明为准)
(1)、凡灰岩地区中出现的空洞称为溶洞。
溶洞有全充填,半充填和空洞三种情况。
(2)、凡岩土交界面等出现的顶板为土层的洞称为土洞。
(3)、钻进过程中岩心半边被溶蚀、岩芯表面有小洞穴、溶蚀裂隙发育,岩心采取率低,岩心多不新鲜等地段划为岩溶裂隙发育带,该段可能处于溶洞边缘,也可能只是溶蚀洞穴裂隙发育,也应作为溶洞处理。
(4)、当工程地质钻探的岩芯在灰岩地区出现完整柱状中夹有破碎带者,遇此情况应与邻孔柱状图一起进行分析,极有可能是岩溶洞或
岩洞边缘,不可一概否定此处无溶洞。
(5)、在阅读地质柱状图岩土特征描述内容时应特别注意,地质用语的含义:
a、漏水:
表明此处有开放型溶洞或有地下河的可能,施工到此应特别注意;制定相应的措施确保工程安全、质量。
b、无填充物,漏水,明显掉钻;属开放型。
c、流塑,取芯难,明显掉钻;
d、流塑(软塑),钻进速度快,取芯难,有掉钻现象;
e、流塑、取芯难,不漏水;属封闭型。
f、全充填物或半充填、充填物为粉质黏土、角砾土及碎石土等。
(6)、有漏浆说明可能遇到溶洞,但是只塌孔不表示就是溶洞。
漏浆发生的原因一般是遇到空洞或裂隙,塌孔一般可能因为护壁不到位,上部砂土层随浆液循环流失引起塌孔,不能一概列入溶洞范畴。
2、溶洞的处理方法
(1)、本桥因为溶洞情况非常复杂,为了确保施工过程中的安全质量,防止溶洞施工引发坍塌、埋钻事故,拟对岩层以上的覆盖层全部采用钢护筒跟进,根据覆盖层厚度及实际地质情况采用壁厚为8~12mm的钢护筒。
(2)、对本桥溶洞部位的处理,具体主要采用以下三种方法:
①、抛填片石泥土法;②、钢护筒跟进法;③、注浆填充法。
(3)、溶洞处理方法的选择
①、2m以内的溶洞主要采用抛填片石泥土法施工。
②、2m以上的溶洞主要采用钢护筒跟进法施工。
③、多层溶洞主要采用注浆填充法施工。
因为溶洞施工的复杂性,具体施工方法的选择不是绝对的,可综合考虑各种情况结合使用。
特别情况特殊处理,处理前应事先报监理审批。
三.溶洞处理的施工工艺
1、抛填片石粘土法
抛填片石粘土法示意图
(1)、覆盖层的钢护筒跟进的施工方法同护筒跟进法中A护筒的施工方法,护筒内径采用1.4m。
(2)、当钻至溶洞顶1m左右时,首先准备足够的小片石或毛石和粘土,粘土要做成泥球,对于半填充和无填充的溶洞要组织足够的水源。
(3)、根据钻孔的进尺情况,在击穿洞顶之前,要有专人观测护筒内泥浆面的变化,一旦泥浆面下降,应迅速补水补浆。
击穿洞顶后,在溶洞内钻进时,根据填充物的不同,要采取不同的钻进方法。
当充填物为软弱粘性土或淤泥时,应向孔内投入粘土、片石混合物,冲砸固壁;当为砂层、卵石层时还应提高泥浆的粘度和相对密度,只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。
如此反复使钻孔顺利击穿溶洞。
(4)、冲击钻钻进通过溶洞过程中,在岩溶地区由于地层情况复杂,穿越溶洞时通常遇到斜面开孔的情况。
一般地,冲孔进入岩层或者穿过溶洞到达溶洞底面时,由于溶洞的顶板和底板犬牙交错,高低不平,这种情况,就需往孔内抛设10~15cm小块片石和粘土的混合物(比例为1:
1),用钻头低冲程冲砸、密打,反复多次,使四周形成牢靠的孔壁,以防坍孔。
再用“重锤轻打”方法钻进,超过岩斜面最底点0.5m以后,再正常钻进。
具体步骤如下:
开钻前先投边长不大于15cm的小片石和粘土的混合物(比例为1:
1)填至岩面以上1~1.5m;钻头小冲程反复冲砸,钻进0.5m,再次用粘土和小片石混合物回填;再次用低冲程反复冲砸、密打;按上述方法,反复冲砸三次,逐渐加深。
以上步骤循环数次,以片石不再被挤跑、压走为止,这时说明岩面的冲击不再单点或局部的接触了,然后仍用1.5~2m冲程,掌握好钢丝绳的松紧度,细心地在倾斜面上开孔,并使孔的周边逐渐形成一圈紧密坚固的“石壁”,保证冲孔顺利地超过倾斜岩面。
孔面“石壁”形成后,应停钻测量,认真检查孔位偏差,在排除形成斜孔的可能后方可正常钻进,否则应回填片石、粘土块的混合物重新开钻。
(5)、其它相关要求
①对块石的要求:
石料应选用硬质岩石,强度在30~60Mpa范围之内,节理裂隙不发育,尺寸不大于40cm,自然级配。
②粘土应选用优质粘土(含砂率≯5%,塑性指标>17-25%),并将粘土装入编织袋内备用,必要时准备水泥。
③土石比例,土:
石=0.5:
1~1:
1(体积比),水泥按每米两包。
④一旦发现孔内泥浆水位下降立即集中填土、石是防止塌孔的关键,应在工地备有一台装载机用于回填物料,时机不能错过。
⑤回填高度应在洞顶板以上1~1.5为宜,再多则效果下降,每钻进0.5m就要向孔内补填块石和粘土。
⑥钻孔过程中应保持水位。
⑦用小冲程(小冲程指冲程在1m以下),让粘土和块石充分挤入溶洞。
⑧遇到易坍塌的覆盖层同时坍塌情况发生时,应立即采用抛填片石和粘土,下部以抛片石为主,上部按比例抛土石,回填到塌方部位。
2、钢护筒跟进法(内、外护筒跟进)
钢护筒跟进法(内、外护筒跟进示意图)
(1)、埋设直径为1.5m,长度为2.5m的外钢护筒A,以直径为1.45m的冲击钻冲孔。
边冲进边对外钢护筒分段接长,采用震动锤震动下沉,直至下沉至基岩面(对外钢护筒A顶端进行加固处理,防止卷边),防止因为击穿溶洞突然漏浆造成孔口坍塌或埋钻。
(2).仍然以直径为1.45m的冲击钻按正常冲程冲进,不断冲击岩层直至达到溶洞顶上方约1m位置时,改换小冲程击穿溶洞。
当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升钻头,在顶部厚度范围上下慢放轻提,钻头不明显受阻碍,说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的,此时将钻头提起。
如溶洞为空溶洞,用钢丝绳活扣绑住内钢护管(直径1.4m、长度=溶洞高度+1m),用吊机(或冲击钻机自吊)把内护筒下放至孔底,回填片石及粘土或灌注砼,封闭护筒顶、底空隙,待固结后改换直径为1.25m的钻头正常冲孔;如溶洞有填充物,则先将内钢护筒(直径1.4m、长度=孔深+1m)下放至孔底,改用直径1.25m钻头继续冲进到溶洞底,然后用震动锤将内护筒震动下沉直至达到溶洞底。
内钢护筒在下沉过程中要不断监控其位置和垂直度,护筒中心偏离桩中心不超过5cm,倾斜度控制在1%以内。
(3).对于多层且透水漏浆空溶洞也可根据实际情况采用以上方法,施工前根据实际情况调整钢护筒及钻锤直径,进行二次跟进、三次跟进等直至成孔,不再鳌述。
3.注浆填充法
溶洞注浆处理的目的是:
为了加固溶洞的填充物、填满溶洞的空间,并达到一定的强度(20Mpa以上),防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生,保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。
如溶洞为空溶洞,可以将压浆孔扩大至30cm然后插入相应的铁管,进行灌砂或碎石。
同时根据实验室提供的配合比,灌入部分的水泥浆,达到填满、固结的目的。
(1)钻孔
①.灌浆孔的布置
首先确定溶洞的位置,然后在离溶洞中心1.0m处钻孔。
孔的数量可以为3个,呈三角形布置,也可按4个孔布置具体根据现场情况适当调整。
孔的数量最少不能少于2个,因为压浆到一定数量时孔内的空气无法排除,所以对孔口产生了压力使水泥浆无法灌入,故要钻一个孔作为减压孔。
②.钻进、成孔
钻具大小具体选用可根据溶洞大小、项目成本以及施工工期等确定,一般采用直径为8-10cm的钻头。
钻孔施工,沿程详细记录地质情况(每个注浆孔垂直偏斜率、孔位偏差、钻孔倾角、钻孔深度、钻孔时间),在成孔后与设计图纸上的地质情况相对比。
如果相同,按施工工艺正常施工。
如果不同,申报监理、设计院现场确认是否减短或加深。
在钻进过程中注意,孔的倾斜度不大于1%。
(2)压浆
①.试泵
开泵前先将搅拌桶中加满清水,三通转芯阀调到回浆位置,待泵吸水正常时,将三通回浆口慢慢调小,泵压徐徐上升,当泵压达到预定注浆压力时,持续二、三分钟不出故障,即可结束。
②.安装注浆管和止浆塞
钻孔完毕,进行清孔检查,在确认没有坍孔和探头石的情况下,方可下管。
否则,必须用钻机进行扫孔。
注浆套管外露的长度不小于0.3m,以便连接孔口阀门和管路,嵌入基岩大于0.5m,用M75水泥砂浆(或用水泥与水玻璃混合浆)固结,并将孔口套管四周捣实封闭,防止浆液从套管周围出,影响注浆效果。
注浆管安放好后,在注浆管管口加上孔口盖,以防止杂物进入。
③.压水试验
在注水试验前,量测孔内稳定水位后,进行孔内定量注水,观测单位长度吸水量变化幅度,注浆后试验的单位长度吸水量应小于注浆前吸水量的3~5%,即可判定达到注浆效果。
用1.5~2倍于注浆终压对系统进行压水试验检查;检查管路系统能否耐压,有无漏水;检查管路连接是否正确;检查设备机况是否正常;使设备充分热身。
试运转时压水压力由小逐渐增大到定注浆压力,并持续15min左右。
④.浆液配制
根据设计图纸或现场实际地质情况的溶洞填充物的类型,进行试配,确定压浆配合比。
如无填充物的溶洞,根据现场要求配置有一定强度的水泥混合物灌注,其目的都是为了让填充物与水泥浆(或砂浆)固结在一起,达到填充、加固溶洞的目的,从而使冲击钻顺利穿过溶洞。
⑤.注浆压力及顺序
注浆压力不宜太大,控制在0.5~1.0MPa范围,具体压力值由现场试验确定。
速度为15~20L/min,目的是使浆液渗透到填充物内(包含灌入的砂或碎石),然后固结,渗透最小直径定为3.0m,以保证冲钻成孔时有足够的固结体。
注浆时注浆管必须插入填充物的底部,然后边注浆边缓慢上提,提管速度不宜太快,根据注浆速度确定,应使渗透半径控制在允许范围内。
为防止浆液流失太远造成浪费,需间歇注浆,使得先注入的浆液与砂子(或碎石)初步达到胶结后再注浆,循环注浆多次,直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。
注完一个孔后,继续对其余孔进行注浆,后注浆的压力必须调高,最后封孔。
⑥.结束注浆
当注浆达到下列标准之一时,可结束该孔注浆
a.注浆孔口压力维持在压满后的一定压力内或者逐渐上升,吸浆量不大于40L/min,维持30min。
b.冒浆点已出注浆范围外3~5m时。
c.注浆钻孔基岩完整,或多次注浆,孔口压力超过1.5MPa。
d.单孔注浆量达到平均注浆量1.5~2.0倍,且进浆量明显减少时。
⑦.提管、回填
注浆完成后应立即拔管,若拔管不及时,浆液会把注浆管凝固住而造成拔管困难。
拔出管后,留下的孔洞,及时用水泥砂浆封孔。
四、其它可能出现的问题及注意事项
(1)、进入岩面或进出溶洞均可能遇到倾斜岩面,对于倾斜岩面,主要采用抛片石、粘土,采用小冲程进行冲进的办法。
(2)、砼灌注过程中砼方量增加
①、原因分析,水下砼侧压力大于孔内泥浆侧压力,造成孔洞处泥浆护壁失去平衡,而被砼挤破,造成砼流失;
②、灌注过程中加强观察和测量,防止砼下降过快导致断桩;
③、保证砼充足的供应;
④、施工前要根据实际情况又针对性的制定防止灌注过程中断桩的措施。
五、安全、文明施工及环境保证措施
1、对冲击钻钻机基座、顶部装置的稳固性检查做到绝不疏漏,要求基座必须有枕木压实,钻机顶端用缆风绳对称栓牢拉紧。
2、检查钢丝绳的质量,要求优质柔韧、无死弯和断丝。
钢丝绳要有足够的长度,即从卷扬机滚筒起到设计最深的桩底标高,滚筒上要留有7圈以上的富余量,绳尾必须锚固在滚筒上;钻头必须设置安全绳,预防一旦钢丝绳断裂钻头无法提起。
3、钻机位置的摆设必须离埋设的钢护筒口有一定安全距离,严禁直接将钻机架在钢护筒上施工冲孔,停止作业后应对钢护筒口加围挡设施。
4、钻进时起落钻头速度要均匀。
不得过猛或骤然变速,以免碰撞孔壁或护筒,或因提速过快而造成负压引起坍孔。
5、一旦发生塌孔,人员第一时间速度撤离现场,严禁逗留孔口附近,待安全后方可进行抢救。
6、附近地面上不要放置重要物品,避免塌孔造成损失
7、现场要有足够吨位的吊装和拖拉设备,可及时采取措施,预防损失扩大。
8、施工中要注意:
风、水、电安全可靠,井孔周围清洁整齐,有足够的照明,交通道路的脚手板、防滑栏杆等平顺牢固。
9、珍惜土地、保护耕地。
用地严格遵守国家、地方法规制度。
便道尽量在工程用地界内且不影响工程施工,临时工程尽量少占和不占农田,必须占用农田的临时工程,待工程结束后进行复垦还田。
施工中所造泥浆严禁流向附近农田污染土地。
10、施工环保、维持生态。
严禁将孔渣、废渣随意丢弃在沿线稻田中,避免环境污染,保持生态平衡;完工后及时恢复植被,确保工程所处的环境及沿线水域不受污染和破坏。
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